膳食纖維對部分腸道微生物選擇性促進從而緩解II型糖尿病

今早起來，朋友圈就被趙立平教授發表於Science的文章刷屏，因為涉及中藥，所以很興奮將其翻譯，因為匆忙，必有不當之處，且原文作者也在我的朋友圈裡，有錯希望大家委婉提出。

1、Key Piont：腸道微生物通過發酵碳水化合物產生短鏈脂肪酸（SCFA）而使人受益，SCFA的產生缺陷與2型糖尿病（T2DM）相關。課題組進行了一項隨機臨床研究，特別設計了等能量飼料，利用腸道宏基因組學技術發現富含膳食纖維的飲食可以調節2型糖尿病患者的腸道菌群，增加特定的一組可以產生SCFA的有益菌菌株。當該組菌株的多樣性和丰度越好時，參與者的血紅蛋白水平會有更好的改善，促進這些正面響應的菌株可以減少有害化合物如吲哚和硫化氫的產生者。通過恢復這些菌株可能為管理T2DM提供了一種新的生態學方法。這組益生菌主要有：厚壁菌門的Butyrate producing bacterium CAG0224，Faecalibacterium prausnitziiCAG0106，Lachnospirceaebacterium CAG0045，Eubacterium rectaleCAG0079，Eubacterium rectaleCAG0153，Eubacterium eligensCAG0037，Lachnospiraceae bacterium CAG0409，Ruminococcus sp. CAG0033，Clostridium leptumCAG0155，Clostridialesbacterium CAG0023，Lactobacillus delbrueckiiCAG0236，Lactobacillus reuteriCAG207；放線菌門的Bifidobacterium longumCAG0064，BifidobacteriumpseudocatenulatumCAG0046；變形菌門的Sutterellasp. CAG0133（注1：一般來說每個人體內都會有這類菌，人體間的差距主要在多少，創造更適合它們的生長條件就行）。

2、實驗方法。課題組將臨床診斷為T2DM的患者隨機分為對照組（U組; n = 16例患者，常規護理，參照2013年中國糖尿病學會T2DM指南）和實驗組（W組; n = 27例患者，高纖維組，包括全穀物，中藥食品和益生元。第一種配方為：苦蕎、薏仁、燕麥、白豆、黃玉米、紅豆、山藥、花生和蓮子的成品粥；第二種為：苦瓜提取物與低聚果糖、低聚異麥芽糖混合物；第三種為：葛根粉、菊粉和抗性糊精混合物。具體可參加文章附件：http://science.sciencemag.org/content/sci/suppl/2018/03/07/359.6380.1151.DC1/aao5774_Zhao_SM.pdf）。兩組都接受阿卡波糖（一種澱粉酶抑製劑）作為標準化藥物。阿卡波糖通過減少其消化作用將膳食中澱粉的一部分轉化為「纖維」，使其更易作為結腸中可發酵的碳水化合物。

3、高纖維飲食可改變T2DM的腸道微生物群並改善葡萄糖體內平衡。數據顯示相比U組，W組體現出更好的治療效果，包括HbA1C下降的速率（下圖A）和HbA1C控制在7%以內的比率（下圖B）。空腹血糖水平存在時間差異，但只有W組在第28天達到顯著降低，儘管在干預結束時兩組之間沒有差異（下圖C），並且觀察到餐後血糖類似的趨勢（下圖D）。當把U和W組的干預前後的糞便移植到小鼠中（一共四種便便），發現移植了W組的干預後便便的小鼠的空腹和餐後血糖水平最低（下圖E）（注2：這個實驗是說糖尿病人的便便是會導致血糖急性升高的）。研究組用Metagenome研究比較的治療前後和不同治療方式的多樣性，結果發現雖然W組的多樣性好於U組，但是治療後多樣性都下降了（注3：這個結果與之前nature的文章《Richness of human gut microbiome correlates with metabolic markers》有不一致之處。如果治療後多樣性下降，而W組的多樣性比U組高，這裡的評價指標就存在不一致的情況）。

4、高纖維飲食可調節T2DM患者腸道中的發酵碳水化合物的細菌。前面的多樣性變化存在著不一致，當然研究者更關心的是起到關鍵作用的微生物——發酵碳水化合物的菌種。在本次實驗中，一共鑒定到了315個CAZy基因家族的192,236個碳水化合物活性酶（CAZy）。進一步研究發現乙酸生產和丁酸生產的關鍵酶的基因丰度在治療前後有著顯著提升，尤其在丁酸產生的基因丰度，W組還顯著高於U組（下圖B和C），通過代謝實驗進一步證明了治療後乙酸和丁酸都有提高，且W組提高更顯著（下圖D和E）。治療後，糞便的pH值都下降，這表明SCFA產量增加和酸化的腸腔（下圖F）。

5、高纖維膳食科選擇性的促進生產SCFA的細菌增殖。研究者從功能基因的層次進一步升入，利用生物信息學的方法，鑒定可以產生SCFA的細菌。一共發現了141個基因組可以生產SCFA，在這些細菌中，有79個對高纖維膳食無應答（注3：也就是說高纖維不是它們的菜），47個為副反應（注4：也就是說高纖維吃了想吐，數量減少），只有15個為正面響應（注5：益生元和益生菌對上了），且在治療後28天峰值達到最大，之後保持穩定（下圖）（注6：厚壁菌門最主要，之前的研究說厚壁菌門增加導致肥胖，我是不行的，我要多多的厚壁菌）。

6、結論。在這項研究中，研究者確定了一組乙酸和丁酸生產細菌菌株，這些菌株通過增加膳食纖維中多種可發酵碳水化合物的利用性而得到選擇性促進。這些積極響應者可能是維持腸道微生物群與人類宿主之間相互關係的關鍵因素;促進這個活躍的SCFA生產者群體不僅增強了有益的功能，而且還維持了一個使有害細菌不受影響的腸道環境。

7、感覺膳食纖維的輔助治療效果是很明顯的。平時吃可以降低發病風險，生病時候吃可以提高治療效果。中國有良好的中醫藥文化基礎，隨著這類研究越來越多，為中醫藥找到更多的符合中藥作用理論的科學機制，中醫藥必將走向大健康。還有一個根本點是：是藥材好，葯才好。

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